JPH0611254A - Ｌｎｇ冷熱を利用した空気の液化・分離方法及びその装置 - Google Patents

Ｌｎｇ冷熱を利用した空気の液化・分離方法及びその装置

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JPH0611254A
JPH0611254A JP29178791A JP29178791A JPH0611254A JP H0611254 A JPH0611254 A JP H0611254A JP 29178791 A JP29178791 A JP 29178791A JP 29178791 A JP29178791 A JP 29178791A JP H0611254 A JPH0611254 A JP H0611254A
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lng
cold heat
liquid
liquid air
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Takaaki Fujikake
高昭 藤掛
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TOKYO REINETSU SANGYO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＮＧ冷熱量が変動する場合において精留塔
の運転負荷を一定に保って稼働させうるＬＮＧ冷熱を利
用した空気液化・分離方法及びその装置を得る。 【構成】 より多くのＬＮＧ冷熱が利用可能な状況のと
きに中間製品としての過剰の液体空気を製造しそれ液体
空気貯蔵タンク17内に貯蔵しておき、ＬＮＧ冷熱の供給
量が減少したときには、貯蔵してある液体空気を精留塔
に供給する。 【効果】 ＬＮＧの供給量に変動がある場合であって
も、格別のエネルギー損失も生産量の減少も生じさせな
い状態で、高い定格の精留塔が運転可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＮＧ冷熱を利用した
空気液化・分離方法及びその装置に関し、特に、ＬＮＧ
冷熱量が変動する場合において精留塔の運転負荷を一定
に保って稼働させうるＬＮＧ冷熱を利用した空気液化・
分離方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＬＮＧ冷熱を空気分離装置の
低温源として利用することが行われており、周知の事実
である。空気分離装置は、その作動原理および分子熱流
体の特性により、さらには構成機器の特性に起因した負
荷変動量の制限と負荷変動速度の制限が存在することに
より、極力一定した運転を行うことを前提としている。
しかし、一方において、ＬＮＧの主たる用途である火力
発電、都市ガス製造の需要は季節、曜日、時間によって
逐次変動かつ極端な変動幅を有しており、空気分離装置
が使用しうる冷熱源としてのＬＮＧ量も変動を受けざる
をえない。
【０００３】そのために、これまでのＬＮＧ冷熱利用方
式空気分離装置は、ＬＮＧの最少気化量による制限を受
けた規模にて計画、設計、運転されており、それ以上の
ＬＮＧ冷熱を空気液化装置に連続して利用することが困
難であった。それを解決する方法として、幾つかの手段
が提案されている。例えば、特開昭５７−１１６６６２
号公報には、液化分離される液体窒素の一部を常時一定
量補給用として採取貯溜しておき、ＬＮＧの供給量が減
少したときにその寒冷不足分を貯溜液体窒素によって補
うことにより、精留部分に変動を与えないようにする手
段が開示されている。
【０００４】また、特開平２−１０１３７３号公報に
は、当該装置外で作られ準備された液体空気を主原料と
して供給する装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来提案
されているＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離の手
段は、冷熱源としてのＬＮＧ量の変動にある程度対処し
た運転を行いうるものであるが、いまだ解決すべき課題
を有している。例えば、特開昭５７−１１６６６２号公
報に記載のものにあっては、液体空気を液体窒素と液体
酸素とに分離した後に最終製品である液体窒素を寒冷の
不足分を補うものとして利用するものであり、消費され
る液体窒素量を液体空気から分離するのに要したエネル
ギーは損失エネルキーとして計上せざるを得ず、また最
終製品の一部を使用することから生産量の減少を招いて
いる。
【０００６】また、特開平２−１０１３７３号公報に記
載のものは、液体空気を製造する装置を液体空気の分離
装置とは別のものとしてかつ独立した装置として準備す
る必要がありかつ液体空気を異なった装置の間で移送す
るための手段も必要となることから、プラントとしても
煩雑になりコスト高となるのは避けられない。本発明
は、上記のような従来技術の持つ不都合を解決し、比較
的簡単な手段により、ＬＮＧの供給量変動に適切に対処
することのできるＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分
離方法及びその装置を得ることを目的としている。より
具体的には、本発明は、ＬＮＧの供給量に変動がある場
合であっても、格別のエネルギー損失も生産量の減少も
生じさせない状態で、従来のものと比較しより高い定格
の精留塔を運転可能とするＬＮＧ冷熱を利用した空気の
液化・分離方法及びその装置を得ることを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、ＬＮＧの冷熱を利用
して空気の分離、液化を行う方法において、より多くの
ＬＮＧ冷熱が利用可能な状況のときに中間製品としての
過剰の液体空気を製造してそれを装置の運転系内に貯蔵
しておき、ＬＮＧ冷熱の供給量が減少したときには、取
り込み空気量を減少させてＬＮＧ冷熱の消費量を低減す
るとともに、取り込み空気量の減少分については、貯蔵
してある液体空気を精留塔に供給することにより、精留
塔の運転に変動を与えることなく継続して運転を行うこ
とを可能としたＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離
方法を開示する。
【０００８】さらに、本発明は、空気圧縮機と、この空
気圧縮機により取り入れられた原料空気を冷却する主熱
交換器と、該主熱交換器からの冷却された原料空気を液
化する冷却空気液化手段と、該液化された空気を取り込
み選択的に組成成分を分離する精留塔と、ＬＮＧを冷熱
源として冷媒としての窒素を冷却するＬＮＧ熱交換器、
とを有するＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離装置
において、該冷却空気液化手段と精留塔との間に、製造
された液体空気を貯溜するための貯溜槽をさらに有して
いることを特徴とする、ＬＮＧ冷熱を利用した空気の液
化・分離装置をも開示する。
【０００９】該製造された液体空気を貯溜するための貯
溜槽中の液体空気を、スーパークーラーに送出する管路
をさらに設け、該液体空気を冷熱補助材として利用する
ことはより好ましい態様である。
【００１０】
【作用】本発明の方法及び装置においては、上記のよう
な構成を有するので、一般的にＬＮＧの消費量が増大す
る昼間から夜半において、ＬＮＧ冷熱を中間製品である
液体空気の低温エネルギに変換し、液体空気の形で装置
の系内に貯蔵しておく。そして、ＬＮＧ需要が減少する
時間帯に貯蔵してある液体空気をＬＮＧの減少量に応じ
て精留塔に供給し、あるいは冷媒である窒素の冷熱補助
材として利用することにより、精留塔の運転を一定に保
つようにする。
【００１１】
【実施例】以下、添付の図面を参照しながら、本発明に
よるＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離方法及びそ
の装置の一実施例をその運転態様とともに説明する。吸
入口より導入された原料空気は、原料空気圧縮機１、２
において圧縮され、管３とCO変成器42を経由した後、冷
却装置４において冷却水と、次にフロンクーラー５にて
低温フロンとそれぞれ熱交換し、凝縮水を分離する。さ
らにゼオライトとモレキュラーシーブスを充填した吸着
塔６にて、残存水分および炭酸ガス等の不純物が除去さ
れ、管７を介して主熱交換器８に導入される。図中51は
フロンポンプでありフロンクーラー５へフロンを循環さ
せるためのものである。
【００１２】主熱交換器８においては、後記する低圧単
式精留塔９の塔頂部より導出された低温窒素ガスの一部
が管10を介して、また、後記する精留塔内の低純度窒素
廃棄ガスとフラッシュドラム11の頂部より排出される低
温ガスとが管12を介してそれぞれ導入される。なお、管
12を介して導入されたガス体はブロアー52により一部吸
着塔の再生に利用される。。
【００１３】この実施例にあっては、さらに、原料空気
の冷却調整を目的として後記する冷却用窒素循環サイク
ルが設置されており、該循環窒素サイクルにおける低温
窒素ガスも管13を介して該主熱交換器８に導入される。
これらの低温ガスを低温源として原料空気はさらに冷却
され、一部は凝縮する。該冷却されたあるいは凝縮され
た原料空気は、次いで管14を介してフラッシュドラム11
へ導出されると共に、そこで断熱膨張し液体空気とな
る。その液体空気の一部は管15を介して液体空気の状態
で低圧単式精留塔９に導入され、残りの液体空気は管16
を介して貯蔵タンク17に導出、貯蔵される。
【００１４】次に、原料空気の冷却用窒素循環サイクル
について説明する。この冷却用窒素循環サイクルは、装
置の他の部分とは切り離してほぼ独立的に設けられてお
り、低圧圧縮機18、23、高圧圧縮機19、24、第１のＬＮ
Ｇ熱交換器20、そして膨張弁21、43等から構成される。
主熱交換器より排出された熱交換を終えた窒素ガスは、
管22を介して第１のＬＮＧ熱交換器20に導入され、配管
100 により導入されるＬＮＧによって予冷される。次い
で低圧圧縮機18、23にて圧縮され、再度第１のＬＮＧ熱
交換器20にて再度中間冷却される。中間冷却された窒素
は、高圧圧縮機19、24にてさらに圧縮された後、再再
度、第一のＬＮＧ熱交換器20においてＬＮＧにより冷却
され、管13を介して主熱交換器８に導入される。途中、
低温高圧窒素は膨張弁21にて、低温中圧窒素は膨張弁43
にて断熱膨張を受け、さらに管56を介して導入される低
温窒素と混合されてより低温となる。
【００１５】一般に、原料空気を冷却するための主熱交
換器で必要とされる低温源の温度レベルはＬＮＧの温度
レベルより低いことが好ましく、従来のＬＮＧ冷熱を利
用した空気の液化・分離装置においては精留塔頂部より
排出される低温ガスを主熱交換器に導入していたが、通
常その量は一定であり、従って原料空気の取り込み量を
大きく変更することは不可能であった。本発明において
は、前記のように原料空気の冷却用窒素循環サイクルを
他の部分とは切り離してほぼ独立的に設け、かつ循環窒
素ガスの一部を圧縮しかつＬＮＧ冷熱による冷却を行っ
た後に断熱膨張せしめるようにしているので、必要な低
温レベルの窒素ガスを得ることができ、ＬＮＧの冷熱量
の制限内において、主熱交換器で必要とされる低温エネ
ルギを必要量のみ伝達することが可能となり、それによ
り空気液化工程の変動運転が可能となった。
【００１６】精留塔９では、既に公知の空気精留方法
(特公昭53-82687号公報等参照) によって液体空気の液
化・分離を行う。しかしながら、上記のように本発明に
よる液化・分離方法においては、原料空気はほぼ全量液
化状態で、すなわち従来のものよりもエネルギ状態が低
い状態で、精留塔９に導入される。そのことは、従来の
方法に比較してエネルギレベルが高い状態の窒素ガスを
精留塔下部のリボイラーに導入して精留塔内のエネルギ
バランスを保ことが可能となったことを意味している。
すなわち、本発明によれば、旧来の方法に比較して精留
用の循環窒素の圧縮仕事を低減することができ、系全体
のエネルギの節減効果をもたらす。
【００１７】換言すれば、本発明によれば、精留塔底部
のリボイラーによる加熱量が増加し、かつ精留塔上部へ
の寒冷材補給量はこれまでよりに減少する。そのことは
精留塔底部のリボイラーに導入すべき循環窒素の状態
を、これまでの循環窒素サイクルのように液化直前の圧
力・温度状態とする必要がないことを意味し、従って、
循環窒素圧縮機の動力と使用ＬＮＧ量が低減される。
【００１８】さらに冷却用窒素循環サイクルについて説
明するに、主熱交換器より管22に導出された循環窒素
は、前記窒素循環サイクルにより加圧及び冷却を受けた
後、その一部が管40を介して精留塔底部に設置されたリ
ボイラー25に導入される。当該循環窒素は前記のように
精留塔底部の液体酸素を加熱するとともに、自らは凝
縮、液化する。凝縮した液体窒素の一部は製品として液
体窒素貯溜タンクTN に貯溜され、また、一部は前記の
ように管26を介して還流液として精留塔上部へ導入され
る。上記したように、本発明の装置及び方法にあって
は、精留塔への導入物質が全量液化状態、すなわち低エ
ネルギ状態であるため、旧来の単式精留塔に比べて窒素
の還流比を大きく低減することが可能となった。
【００１９】また、その他の循環窒素は、前記したよう
に低温窒素ガスとして主熱交換器８へ管56、13を介して
導入され、空気の液化に利用され、また循環窒素圧縮機
18の入口ガス温度の低下に利用し、圧縮仕事を低減す
る。精留塔９底部からは液体酸素が産出され、液体酸素
貯溜タンクなTO内に貯溜される。また管36、37を介して
粗アルゴン塔38が精留塔９と連結されおり、そこにおい
て粗アルゴンを製造し、製造された粗アルゴンは粗アル
ゴン貯溜タンクTAに貯溜される。
【００２０】次に、窒素液化サイクルについて説明す
る。この窒素液化サイクルも前記した冷却用窒素循環サ
イクルと同様、装置の他の部分とは切り離してほぼ独立
的に設けられており、窒素液化圧縮機28、30、第２のＬ
ＮＧ熱交換器29、フラッシュドラム34、膨張弁45、そし
てスーパークーラー57等より構成される。精留塔９頂部
より導出された低温窒素ガスの一部は、管27を通り、か
つ後記する窒素液化工程にあるフラッシュドラム34から
の再循環窒素と管35を介して混合した後、低圧圧縮機28
に導入される。圧縮した窒素ガスは、第２のＬＮＧ熱交
換器29を通過する。第２のＬＮＧ熱交換器29には管200
を介してＬＮＧが導入されており、窒素ガスはＬＮＧを
冷熱源として中間冷却される。中間冷却された窒素ガス
は、次いで高圧圧縮機30にてさらに圧縮された後、再
度、第２のＬＮＧ熱交換器にて冷却される。冷却された
高圧窒素ガスは、管32を介してスーパークーラー57を通
過する。なお、後記するように、ＬＮＧ使用可能量が減
少する深夜以外は高圧窒素ガスはスーパークーラー57を
素通りするだけで格別の熱交換は行わない。
【００２１】高圧窒素ガスはさらに管33を介してフラッ
シュドラム34に導入される。管33路中には膨張弁45が設
けられており、そこにおいて高圧窒素ガスは大気近傍ま
で断熱膨張する。その一部は液化して最終製品となり、
液体窒素貯溜タンクTNに貯溜され、他の低温窒素ガス
は、前記したように管35を介して再び塔頂ガスと混合す
る。
【００２２】上記のようにこの窒素液化サイクルは装置
の他の部分とは切り離してほぼ独立的に設けられてお
り、それにより、ＬＮＧ冷熱供給量及び電力供給量の突
発的な変動に対して窒素液化装置を任意に停止し、精留
塔等に影響を与えずそれらの変動に対処できるといった
効果を有する。以上に説明したように、本発明の空気の
液化・分離方法及び装置においては、ＬＮＧの利用可能
量が大きいときに、空気液化装置の高負荷運転を行い、
導入される原料空気により製造された液体空気の一部を
液体空気貯蔵タンク17に貯蔵するとともに、他の部分は
精留塔９により液体酸素と液体窒素、あるいは粗アルゴ
ン等に分離され、それぞれ貯溜する。
【００２３】一方、ＬＮＧ利用可能量が減少する時間帯
においては、その減少分に応じて、原料空気の取り込み
を制限した運転を行う。すなわち、例えは上記した原料
空気圧縮機の一方２のみを稼働させ、また循環窒素圧縮
機も部分的に18、24のみを運転する。それにより、精留
塔９に導入すべき液体空気の製造量は減少する。上記し
たように精留塔は極力一定した運転を行うことが前提と
なっている。従って、液体空気の減少分を何らかの形で
精留塔に補充することが必要となる。
【００２４】本発明においては、この補充を、予め製造
しかつ系内の貯蔵タンク17に蓄えておいた液体空気を必
要量だけ精留塔９に導入することにより行う。それによ
り、ＬＮＧ利用可能量の多寡に影響を受けず、精留塔９
の運転を常に一定に保つことが可能となる。さらにＬＮ
Ｇ利用可能量が減少する場合には、原料空気の取り込み
を行わず、窒素循環サイクルでの循環窒素の圧縮のため
に１つの循環窒素圧縮機23のみを運転し、かつ、貯溜塔
９への液体空気の供給は全量貯蔵タンク17より送出する
ことにより行う。また、必要に応じ窒素液化サイクルの
冷却補助としてスーパークーラー57を運転するが、その
冷熱源としても貯蔵タンク17より送出する液体空気を用
いるようにする。
【００２５】上記の実施例では、ＬＮＧ利用可能量が減
少した場合の原料空気の取り込み量の制御を圧縮機の台
数を制限することより行うものを示したが、これは例示
にすぎず例えばターボ圧縮機における可変入口案内翼の
制御による方法等任意の手段を用いることができるもの
である。また、液体空気の製造フローについても上記の
ものに限ることなく、従来知られている他の任意の方
法、例えば１段目の圧縮後、不純物の除去を行い、かつ
ＬＮＧによる冷却を行った後、第２段目の圧縮を行う方
法、あるいは他段式圧縮機を用いその途中で一度原料空
気を引き出し、不純物の除去及びＬＮＧによる冷却を行
った後、圧縮機側に還流する方法等、任意のものを用い
うるものである。
【００２６】本発明の方法により装置を稼働した場合の
一具体例を示せば、液化製品 20000Nm3/hの製造におけ
る電力原単位は、ＬＮＧ利用可能量が必要量の０〜50％
まで減少する時間が存在する日においても、１日の平均
電力源単位は0.4〜0.45KWh/Nm3 と、従来方法による電
力原単位0.45〜0.5KWh/Nm3 より低い電力原単位を示し
た。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明によるＬＮＧの冷
熱を利用した空気の液化・分離装置は、これまで空気分
離装置に利用不可能であった部分のＬＮＧ冷熱の有効活
用を可能とした。すなわち、ＬＮＧ需要が最低需要量に
比べて増加する時間帯において、ＬＮＧ冷熱を有効利用
し余剰の液体空気製造し貯蔵しておくことにより、省エ
ネルギを推進するものである。また、本発明は精留塔へ
の還流液体窒素量を大幅に減少し、循環窒素の圧力を低
減するため消費電力量を低減する効果があり、省エネル
ギ、省コストを実現した。
【００２８】さらに、上記したように、各サイクルをほ
ぼ独立して作動しうるものとして構成したので、空気液
化工程のターンダウン比（空気液化工程にて製造される
液体空気量／精留塔にて必要とされる液体空気量）を任
意に設定しうる利点がある。また、本発明は、従来の製
品の液体窒素あるいは液体酸素を冷熱源として利用する
方法に比べ、中間製品である液体空気を利用するため、
主に液体酸素および液体窒素の分離に要するエネルギが
省略され、また製品の一部使用による生産量の減少を招
くことなく、一層の省エネルギ化、省コスト化が図られ
る。また、別装置にて液体空気を製造、補給する方法と
比べ、本発明は液体空気を製造、補給をすべて同一の装
置内で行うものであり、装置全体の簡素、省コスト化が
図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気の液化・分離方法装置の一実
施例の説明図。
【符号の説明】
１、２ 原料空気圧縮機 ４ 空気冷却装置 ５ フロンクーラー ６ 吸着塔 ８ 主熱交換器 ９ 低圧単式精留塔 11、34 フラッシュドラム 17 液体空気貯蔵タンク 18、23、28 低圧循環窒素圧縮機 19、24、30 高圧循環窒素圧縮機 20 第１のＬＮＧ熱交換器 29 第２のＬＮＧ熱交換器 25 リボイラー 38 粗アルゴン塔 42 CO変成器 51 フロンポンプ 52 ブロアー 57 スーパークーラー 53 凝縮水分離器 21、43、45、54、55 膨張弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液化天然ガス (以下ＬＮＧ) の冷熱を利
    用して空気の分離、液化を行う方法において、より多く
    のＬＮＧ冷熱が利用可能な状況のときに中間製品として
    の過剰の液体空気を製造しそれを装置の運転系内に貯蔵
    しておき、ＬＮＧ冷熱の供給量が減少したときには、取
    り込み空気量を減少させてＬＮＧ冷熱の消費量を低減す
    るとともに、取り込み空気量の減少分については、貯蔵
    してある液体空気を精留塔に供給することにより、精留
    塔の運転に変動を与えることなく継続して運転を行うこ
    とを可能としたＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離
    方法。
  2. 【請求項２】 空気圧縮機と、この空気圧縮機により取
    り入れられた原料空気を冷却する主熱交換器と、該主熱
    交換器からの冷却された原料空気を液化する冷却空気液
    化手段と、該液化された空気を取り込み選択的に組成成
    分を分離する精留塔と、ＬＮＧを冷熱源として冷媒とし
    ての窒素を冷却するＬＮＧ熱交換器、とを有するＬＮＧ
    冷熱を利用した空気の液化・分離装置において、該冷却
    空気液化手段と精留塔との間に、製造された液体空気を
    貯溜するための貯溜槽をさらに有していることを特徴と
    する、ＬＮＧ冷熱を利用した空気の液化・分離装置。
  3. 【請求項３】該製造された液体空気を貯溜するための貯
    溜槽中の液体空気を、スーパークーラーに送出する管路
    をさらに有している、請求項２記載のＬＮＧ冷熱を利用
    した空気の液化・分離装置。
JP29178791A 1991-11-07 1991-11-07 Ｌｎｇ冷熱を利用した空気の液化・分離方法及びその装置 Pending JPH0611254A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0694746A1 (fr) * 1994-07-29 1996-01-31 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé de production d'un gaz sous pression à débit variable
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CN103791691A (zh) * 2012-10-30 2014-05-14 株式会社神户制钢所 富氧空气制造系统

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